Resumen de Modelo de conductividad hidráulica dual para el movimiento del agua en suelos Macroporosos

Manuel Zavala, Heber Saucedo, Carlos Fuentes Ruiz, Carlos Bautista

• español

  La alta presencia de macroporos en el suelo origina el desarrollo de flujos preferenciales que alteran significativamente las condiciones hidráulicas en el medio. El estudio detallado del flujo del agua para estas condiciones se aborda con la teoría de conductividad dual, que representa al suelo mediante dos sistemas porosos interconectados de propiedades hidráulicas contrastantes, uno representa los macroporos del suelo y el otro su matriz porosa. Sin embargo, este enfoque no considera las leyes de Laplace y Poiseuille para representar adecuadamente la influencia del tamaño de los poros de cada medio en la capacidad de retención de humedad y en la conductividad hidráulica. En este estudio se presenta un modelo numérico unidimensional para simular el flujo del agua a través de suelos con fuerte presencia de macroporos, que describe los procesos de transferencia desarrollados en ambos medios con dos ecuaciones de Richards acopladas. El modelo incorpora representaciones analíticas para las características hidrodinámicas del suelo, que consideran el efecto del tamaño característico de los poros de cada medio en la resistencia al flujo del agua y en la capacidad de retención. La discretización espacial de las ecuaciones diferenciales se realizó con el método de los elementos finitos tipo Galerkin y la integración en el tiempo con un método de diferencias finitas. La no linealidad de los sistemas resultantes de las discretizaciones se trata con un método iterativo de aproximaciones sucesivas. El modelo se aplica a la simulación de escenarios de infiltración con condiciones típicas del riego por aspersión y por gravedad para mostrar su capacidad de descripción.

• English

  The high presence of macropores in the soil causes the development of preferential flows significantly altering the hydraulic conditions in the medium. The detailed study of water flow for these conditions is discussed in the theory of dual conductivity, which represents the soil through two interconnected pore systems of contrasting hydraulic properties, one representing soil macropores and the other its porous matrix. However, this approach does not consider the laws by Laplace and Poiseuille to adequately represent the influence of the pore size of each medium in the water retention capacity and hydraulic conductivity. This study presents a one-dimensional numerical model to simulate water flow through soils with a strong presence of macropores, which describes the transfer processes developed in both media with two coupled Richards equations.The model incorporates analytical representations for the soil-hydrodynamic characteristics that consider the effect of the characteristic pore size of each medium on the resistance to flow water and water retention capacity. The spatial discretization of differential equations was performed using the Galerkin finite element method and time integration with a finite difference method. The nonlinearity of the systems resulting from the discretizations is treated with an iterative method of successive approaches. The model is applied to the simulation of infiltration scenarios with typical conditions of sprinkler and surface irrigation to show its power of description.